Загадки для знатоков. История открытия и исследования пульсаров

Амнуэль Павел Рафаэлович

В начале пятидесятых годов одновременно существовали несколько «а если». Советский ученый Б. А. Воронцов-Вельяминов считал, что новая звезда — это промежуточный этап в звездной эволюции, когда горячий голубой гигант, сбрасывая излишек массы, превращается в голубой или белый карлик. Это уже одиннадцатая гипотеза, она похожа на идею Милна, но обладает одним отличием — она оптимистичнее. По Милну, любая звезда может вспыхнуть, в том числе и наше Солнце. Даже ставился вопрос, не должно ли человечество готовиться к катастрофе? В соответствии с гипотезой Воронцова-Вельяминова Солнце не может взрываться — ведь оно не горячий гигант, а всего лишь желтый карлик, терять массу ему ни к чему, ибо избытка массы у него нет.

Недостатки у гипотез

Милна и Воронцова-Вельяминова одинаковы. В обоих случаях звезда после взрыва меняется. А наблюдения показывали, что и до и после вспышки звезда практически такая же.

В 1954 году советский астрофизик И. М. Копылов выдвинул еще одну гипотезу. А если это молодые звезды? — предположил он. При возникновении молодая звезда может оказаться неустойчивой, может вспыхнуть один или несколько раз, но потом успокаивается, становится обычной звездой, расположенной на так называемой главной последовательности.

Мы перечислили дюжину «а если». На деле их было, конечно, больше. И все неправильные, хотя в некоторых и содержалось зерно истины. Десятки ошибочных проб существенно не приблизили разгадки тайны новых звезд — зерен в этих пробах не разглядели, а когда появилось единственное, решающее загадку наблюдение, то о старых гипотезах забыли и сами авторы. Забыли и о зернах. Перечисленные гипотезы — это плоды мысли, которые сами авторы сочли достаточно зрелыми, чтобы вынести на суд коллег. А сколько проб и ошибок так и осталось невысказанными, погибло в тиши кабинетов! Таков этот естественный метод научного поиска — пробы и ошибки.

В астрономии, как мы уже говорили, всякий спор обычно решают наблюдения. Проблема новых звезд не была исключением. Открытие оказалось неожиданным, тогда как при правильном ведении «следствия» оно, это открытие, могло быть предсказано заранее.

Когда спор о природе новых звезд разгорелся с особенной силой, шел 1954 год, М. Уокер на обсерватории Маунт Вилсон проводил наблюдения бывших новых, то есть тех слабых звездочек, что остались на месте вспышек. Он исследовал звезду DQ Геркулеса, вспышка которой наблюдалась двадцатью годами раньше. Уокер измерял колебания блеска и обнаружил, что они как две капли воды похожи на изменения блеска затменных двойных звезд. Каждые пол-оборота одна звезда затмевает от нас другую, и блеск системы на некоторое время уменьшается. Такая кривая блеска получилась и для DQ Геркулеса. Период, с которым следовали друг за другом затмения, оказался равным всего 4 часам и 39 минутам. Никто прежде не наблюдал такого короткого периода у затменно-двойных звезд. Если период обращения звезд друг около друга так мал, то должно быть невелико и расстояние между звездами. Значит, и сами звезды не могут быть гигантами. Уокер определил, что масса звезд в системе DQ Геркулеса должна быть в несколько раз меньше массы Солнца. Обе звезды в системе бывшей новой оказались карликами.

Прошло несколько лет, и наблюдатели обнаружили, что бывшие новые звезды в созвездиях Северной Короны и Лебедя тоже являются тесными двойными системами. И тогда французский астрофизик Э. Шацман (и независимо от него чешский астрофизик 3. Копал) высказал идею о том, что все новые звезды — двойные системы. Эту гипотезу взялся проверить Р. Крафт на обсерватории Маунт Паломар. Он исследовал десять новых и повторных новых звезд (повторные новые вспыхивали два или более раз), шесть из них оказались двойными, а одна — даже кратной системой! О трех оставшихся звездах Крафт ничего сказать не мог — недоставало наблюдательных данных. .

Гипотеза Шацмана и Копала (а не правильнее ли сказать — идея Клинкерфуса?) получила столько наблюдательных подтверждений, что стала истиной. Сейчас астрофизики нисколько не сомневаются в том, что новые звезды вспыхивают в двойных системах.

В двойственности кроется и причина вспышки. В соответствии с гипотезой о периферическом взрыве требуется приток вещества. Откуда? Изнутри, говорили Лебединский и Гуревич.

Извне, сказал Шацман. Вещество поступает с поверхности второй звезды. Оно постепенно накапливается на поверхности первой компоненты — а компонентой этой является, скорее всего, белый карлик с его большим гравитационным потенциалом и плотной атмосферой, где условия благоприятствуют быстрому горению водорода. Вещество накапливается, создаются условия для ядерных реакций синтеза — и взрыв! Оболочка сбрасывается. Система возвращается к прежнему состоянию. Но вторая звезда продолжает терять вещество, и течет это вещество к белому карлику, образует около него вращающийся диск, а из диска постепенно оседает на поверхность. Накопление — и взрыв! История повторяется. Чем больше накапливается водорода в атмосфере белого карлика, тем более мощной получается вспышка.

Итак, казалось бы, с новыми все ясно. Звезда после вспышки остается «живой и здоровой». Да, но проблема новых звезд еще далека от окончательного решения. Пробы и ошибки продолжаются. Просто была отсечена очень большая область, где отныне поиски не ведутся.

Детали вспышек далеко не ясны. Почему теряет вещество вторая звезда? Ведь это, как показали наблюдения, обычный красный карлик, масса его во многих таких системах составляет примерно половину массы Солнца. Такие звезды живут очень долго, не проявляя тенденции терять вещество. Почему же это про исходит в системах, которые вспыхивают как новые звезды?

Ну хорошо, пусть красный карлик теряет вещество, но сколько его падает затем на белый карлик, а сколько и вовсе теряется из двойной системы? Как накапливается водород в атмосфере белого карлика? Точно ли, что именно атмосфера вспыхивает? А может, вспышка все же происходит в веществе красной звезды?

И вот еще: сейчас обнаружены десятки и сотни систем, состоящих из красного и белого карликов. Далеко не всегда от таких систем наблюдались вспышки новых. Гораздо чаще вспышки были небольшими (три-четыре звездные величины) и недолгими (несколько часов или дней) и повторялись через несколько месяцев. Все такие системы получили общее название «взрывных», или «катаклизмических». И возникла новая проблема, в дополнение ко всем предыдущим. Почему в ряде случаев получается небольшая вспышка, а иногда действительно происходит катаклизм?

Были гипотезы о том, что новая вспыхивает именно тогда, когда взрывается водород в атмосфере белого карлика, а прочие слабые вспышки происходят, напротив, в атмосфере красной звезды. Были гипотезы о том, что существенную роль во вспышках играет магнитное поле белого карлика — а оно действительно может быть очень большим, достигая сотен миллионов гауссов. Были и гипотезы, согласно которым главную роль играет процесс перетекания вещества, его втекание во вращающийся диск около белого карлика. В общем, как вы заметили, поле проб и ошибок продолжает разрабатываться. Оно еще не прополото полностью, и много ошибок еще будет совершено, пока не родится единственно верная идея. Или пока не будет сделано наблюдение, которое положит конец спорам о новых звездах. Точнее — переведет споры в новую плоскость. Ведь установив одну конкретную истину, мы увидим, как открывается дорога к другой, еще невидимой истине.

_{Глава вторая}

Крабовидная туманность. Бааде и Цвикки предсказывают нейтронные звезды. Морфологический метод

…Венец научной работы есть предсказание. Оно раскрывает нам даль грядущих явлений.

Н. А. Умов

Хорош ли на самом деле метод проб и ошибок? Прогрессивен ли? Когда в 1960 году Д. Сендейдж открыл квазары, а М. Шмидт и его коллеги два года спустя получили их спектры, сразу посыпались гипотезы. Сотня гипотез за три года! И почти столько же мучительных ошибок, за каждой — тонны переработанной мыслительной руды, оставшейся в отвалах. В этом наука сродни поэзии и вообще искусству.